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Umwelt

Welche Auswirkungen haben künstlich geschaffene nanoskalige Teilchen auf die Umwelt? Helfen sie, das Leben von mittlerweile sieben Milliarden Menschen zu verbessern - oder stellen sie vor allem ein Risiko dar? Wie bei vielen technologischen Neuentwicklungen fällt die Beantwortung nicht leicht, weil die Risikoforschung der Entwicklung neuer Nanoprodukte und -technologien hinterherhinkt.
 

Im Aktionsplan Nanotechnologie 2015 der Bundesregierung heißt es: „Die Forschungsinitiativen zu den möglichen Umweltrisiken von Nanomaterialien sind in den letzten Jahren rasant angestiegen. Dennoch bestehen besonders im Umweltbereich Wissenslücken" (Aktionsplan Nanotechnologie 2015, S. 33). Dabei gehe es vor allem darum, Nutzen und Risiken der Nanotechnologien abzuwägen und deren Nachhaltigkeit zu überprüfen.

In der Neuauflage des Aktionsplans 2020 steht jetzt: "Zur Abschätzung der Effekte auf Umweltorganismen wurden in den letzten Jahren belastbare Daten generiert. Mit diesen sollen nun die Instrumente zur Umweltgefährlichkeitsbewertung erweitert und angepasst werden" (Aktionsplan Nanotechnologie 2020, Seite 34). Eine weitere Grundlage für die Risikobewertung sind verlässliche Messmethoden. Laut Aktionsplan 2020 (ebenfalls Seite 34) werden sie derzeit evaluiert und standardisiert .
 

Noch keine gesetzlichen Nano-Regeln

Für den sicheren Umgang mit Nanotechnologien in Bezug auf die Umwelt gilt wie in anderen Bereichen: Es gibt noch viel zu wenige Untersuchungen und Erkenntnisse dazu, welche Auswirkungen Nanoteilchen auf Tiere, Pflanzen, Menschen und auf das ökologische Gleichgewicht haben. Aus diesem Grund gibt es noch keine spezifischen gesetzlichen Regelungen. 

Ein weiteres Problem ist, dass die Forschung oft noch nicht nach einheitlichen Kriterien arbeitet. Um das zu ändern, hat eine Gruppe europäischer und US-amerikanischer Forschungsinstitute Anfang 2012 ein Handbuch herausgegeben mit mehr als 80 Vorschriften, nach denen Nanopartikel synthetisiert und analysiert werden können. Das Buch soll ein gemeinsames wissenschaftliches Fundament
für europäische Nanoforschungsprojekte liefern.

Die Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LUBW) empfiehlt einstweilen, dass möglichst wenige synthetisch hergestellte Nanopartikel in die Umwelt oder in den Abfall gelangen sollten.
 

Nanobelastung in der Umwelt

Unbestritten ist, dass die Umwelt seit Urzeiten mit Nanopartikeln konfrontiert wird - jeder Vulkanausbruch setzt beispielsweise gewaltige Mengen Feinstaub frei. Mit dem Menschen kamen weitere Nanobelastungen hinzu: durch Herdfeuer, Dampfmaschinen, Industrieschlote, später durch Verbrennungsmotoren, Kraftwerke, den Abrieb von Autoreifen auf den Straßen und vieles mehr.

Inzwischen geraten Nanopartikel auch über Kosmetikprodukte, über Fasern, die sich von nanobeschichteter Kleidung abreiben, über Imprägniersprays, Putzmittel, Medikamente und viele andere Produkte in die Umwelt. Was das für Fragen aufwirft, erklärt Dr. Rolf Buschmann (BUND) im Interview.
 

Nach Gebrauch im Haushalt gelangen Nanopartikel auch ins Abwasser und von dort in die Kläranlage. Versuche im Labor zeigten, dass Nanomaterialien wie Nano-Silber, Nano-Titandioxid und Nano-Zinkoxid zu 90 bis 95 Prozent aus dem Abwasser entfernt werden. Sie werden im Klärschlamm zurückgehalten, wobei Umwandlungs- und Anlagerungsprozesse stattfinden. Nur ein geringer Anteil (weniger als 10 Prozent) der Nanomaterialien gelangen über den Ablauf in Oberflächengewässer wie Flüsse und Seen. Das ergaben Untersuchungen an Modellkläranlagen.

Hinweise auf Umweltgefahren

Die Auswirkungen vulkanischer Aschewolken, von Rauch- oder Motorenabgasen sind gut erforscht. Worauf die Wissenschaft aber noch keine abschließende Antwort geben kann, sind Fragen, wie und in welchem Umfang industriell hergestellte Nanopartikel in die Umwelt gelangen, was sie dort bewirken und ob und wie sie sich wieder abbauen. 

Foto: www.pixabay.com

Der Eintrag von Nanomaterialien in Böden und Gewässer ist prinzipiell über Abwässer bzw. den Klärschlamm möglich. Nanomaterialien aus dem Klärschlamm könnten sich im Boden anreichern, falls er als Dünger verwendet wird. Unabhängig vom Eintrag von Nanomaterialien empfiehlt das Umweltbundesamt, Klärschlamm wegen der damit verbundenen Risiken nicht in der Landwirtschaft zu nutzen. In Deutschland wird er überwiegend verbrannt und nur zu einem geringen Teil als Dünger eingesetzt.

Der Verbleib von Nanomaterialien in Böden ist derzeit noch nicht hinreichend geklärt. Mögliche Auswirkungen auf Bodenlebewesen werden erst seit einiger Zeit intensiver erforscht. Studien zeigten, dass beispielsweise Nano-Silber und Eisenoxid-Nanopartikel die Bodengesundheit beeinträchtigen können.

Wie Nanomaterialien auf Wasserlebewesen wirken können, wird seit Jahren wissenschaftlich untersucht. Aus verschiedenen Studien weiß man, dass Nano-Silber, Nano-Zinkoxid und andere Nanomaterialien schädigende Effekte auf Algen, Wasserflöhe, Wasserpflanzen, Fischembryos und aquatische Mikroorganismen haben können. Eine abschließende Klärung, wie hoch die Belastung von Gewässern mit den Stoffen tatsächlich ist, wie sie dort wirken und welche Wirkungen Nanomaterialien in geklärten Abwässern haben, steht aber noch aus. Bei Untersuchungen mit Wasserflöhen, die am Auslauf von Modellkläranlagen Nano-Silberpartikeln ausgesetzt waren, konnten keine Auswirkungen nachgewiesen werden. Die Gründe dafür sind ebenfalls noch zu klären. Weitere Forschungsschwerpunkte sind Effekte von Nano-Silber auf die biologische Reinigung der Abwässer in Kläranlagen.

Forschungsbedarf besteht außerdem zu der Frage, wie sich Nanomaterialien auf Pflanzen auswirken. Versuche mit einigen Nutzpflanzen und Aluminiumoxid- bzw. Kupfer-Nanopartikeln wiesen daraufhin, dass sie zu einem verminderten Wachstum der Wurzeln führen können. Auch hier müssen weitergehende Untersuchungen folgen, um eine abschließende Einschätzung vornehmen zu können.

Foto: Gordon Gross

Die Erkenntnisse zum Verhalten von Nanomaterialien in der Umwelt haben sich in den letzten Jahren zwar verbessert, eine Bewertung bleibt jedoch nach wie vor schwierig. Hierfür sind die Standardisierung von Messmethoden und die Anpassung weiterer Instrumente notwendig.

Nanopartikel aus Luft und Böden könnten auch Auswirkungen auf bestäubende Insekten haben. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Projektes DaNa2.0 (www.nanopartikel.info) haben die bekannten Fakten ausgewertet und kommen zu dem Ergebnis, dass schädliche Auswirkungen denkbar seien, das tatsächliche Risiko derzeit jedoch noch nicht abgeschätzt werden kann.
 

Mit Nanopartikeln, die häufig in Medikamenten eingesetzt werden, führten Wissenschaftler der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) Berechnungen zur Abschätzung des Umwelt-Risikos für Böden und Gewässer durch. Sie ergaben, dass nach dem derzeitigen Kenntnisstand von Nano-Gold, Nano-Polyacrylonitril (PAN), Nano-Hydroxyapatit (HAP) und Nano-Chitosan keine oder nur eine geringe Gefährdung der Umwelt ausgeht.

Nano-Gold wird z. B. in der Krebstherapie und der Diagnostik verwendet (Link zu Medizin). PAN hat antibakterielle Wirkungen, Nano-Chitosan fördert die Wundheilung und HAP dient dem Aufbau oder Ersatz von Knochen- und Zahnsubstanz.

Wegen seiner keimtötenden Wirkung wird Nano-Silber in der Medizin oft genutzt. In Versuchen wurden mögliche negative Effekte auf Organismen im Wasser und im Boden beobachtet. Welche Bedeutung das für die Umwelt hat, ist noch abzuklären. Außerdem sehen Wissenschaftler die Gefahr, dass sich Resistenzen gegen Silber ausbilden können.

Nano für eine saubere Umwelt

Neben der Sorge, welche Folgen es haben kann, wenn Nanopartikeln unkontrolliert in die Umwelt freigesetzt werden, gibt es aber auch den umgekehrten Weg: In verschiedenen Versuchen haben Wissenschaftler ausprobiert, ob Nanoteilchen helfen können, Wasser, Luft und Boden rein zu halten:

  • Eisenpartikel sollen mit Chemikalien belastete Böden reinigen.
  • Nanopartikel in selbst reinigenden Oberflächen sollen helfen, den Verbrauch von umweltbelastenden Reinigungsmitteln zu verringern.
  • Für dünnere Bleche, die nanotechnologisch hergestellt werden, wird weniger Metall benötigt, natürliche Ressourcen werden also geschont.
  • Mit neuartigen Wasserfiltern aus Nanokompositen können gleichzeitig Schwermetalle, radioaktive Substanzen, organische und mikrobielle Verunreinigungen aus dem Wasser entfernt werden. Die Komposite bestehen aus Metall- und Sauerstoffatomen sowie Siliciumdioxid als Trägermaterial. Technisch werden sie als „POM-SILP“-Materialien bezeichnet. Sie ermöglichen die Entwicklung von schadstoffspezifischen Filtersystemen, die z. B. in Entwicklungsländern zur sicheren Wasseraufbereitung genutzt werden könnten.

Eine vom Bundesforschungsministerium in Auftrag gegebene Studie zur Nachhaltigkeit bei der Produktion und Anwendung nanotechnologischer Produkte stellte 2004 fest, dass viele Nanotechnologien durchaus die Umwelt entlasten könnten. Allerdings sind die Verfasser auch der Ansicht, dass diese Einschätzung von der jeweils vorliegenden Datenlage abhängt. Für Produkte, die sich noch in der Entwicklung befinden, sei eine solche Abschätzung nicht möglich. Auch im Jahr 2016 war man dabei noch nicht wesentlich weiter. Wie so eine Abwägung aussehen sollte, erläutert Dr. Rolf Buschmann (BUND) im Interview.
 

Mehr erfahren

Informationen über mögliche Umweltrisiken von Nanomaterialien finden Sie in der Rubrik „Ihre Fragen“, z. B. zum Übergang von Nanomaterialien in Gewässer, zu Gefahren für Mensch und Umwelt, zu Nanosilber im Klärschlamm und in Düngemitteln.

Weiterführende Links haben wir für Sie hier unter „3. Umwelt - Forschung, Risiken, Chancen“ zusammengestellt.

Hintergrundwissen zum Thema Abfall bietet die Broschüre „Synthetische Nanomaterialien im Abfall“ der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LUBW).

Mehr zu Nanomaterialien in Kläranlagen und ihren Auswirkungen auf aquatische Ökosysteme stellt das Projekt DaNa2.0 bzw. das Nachfolgeprojekt DaNa4.0 bereit.

Einen Überblick über den bisherigen Wissenstand zu Umweltrisiken gibt das Umweltbundesamt.


(Stand 2020)

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